JPS5819594A - Control rod element for reactor - Google Patents

Control rod element for reactor

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JPS5819594A
JPS5819594A JP56117709A JP11770981A JPS5819594A JP S5819594 A JPS5819594 A JP S5819594A JP 56117709 A JP56117709 A JP 56117709A JP 11770981 A JP11770981 A JP 11770981A JP S5819594 A JPS5819594 A JP S5819594A
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JP
Japan
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control rod
rod element
nuclear reactor
powder
thin
Prior art date
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JP56117709A
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Japanese (ja)
Inventor
坂上 正治
栄一 西村
元正 布施
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5819594A publication Critical patent/JPS5819594A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉制御棒要素に関し、特に軽水冷却型ある
いは重水冷却型の原子炉に好適な原子炉制御棒要素に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a nuclear reactor control rod element, and particularly to a nuclear reactor control rod element suitable for a light water-cooled or heavy water-cooled nuclear reactor.

以下、沸騰水型原子炉の制御棒を例くとって説明する。The following will explain the control rod of a boiling water reactor as an example.

沸騰水型原子炉には炉心周辺部を除いて、4体の燃料集
合体に1体の割で制御棒が設置され、出力分布を制御し
ている。第1図に4体の燃料集合体と1体の制御棒の水
平断面図を示す。第1図において、1は多数の燃料棒束
と燃料棒束を囲むチャネルボックスから成る燃料集合体
、2は制御棒要素3を束ねるための十字型制御棒ブレー
ドである。
In a boiling water reactor, one control rod is installed in every four fuel assemblies, excluding the area around the core, to control the power distribution. FIG. 1 shows a horizontal sectional view of four fuel assemblies and one control rod. In FIG. 1, 1 is a fuel assembly consisting of a large number of fuel rod bundles and a channel box surrounding the fuel rod bundles, and 2 is a cross-shaped control rod blade for bundling control rod elements 3 together.

第2図に制御棒要素の縦方向断面図を示す。制御棒要素
は、ステンレス鋼製のアブソーバ管31に、炭化ホウ素
(B、C)粉末を振動光てんして封入して構成される。
FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the control rod element. The control rod element is constructed by enclosing boron carbide (B, C) powder in a vibrating manner in an absorber tube 31 made of stainless steel.

アブソーバ管31の下部には、B、Cが原子炉内に滞在
するとき発生するヘリウムガスを蓄積するだめのプレナ
ム33が設けられている。B4C粉末の密度は理論密度
の約70%である。
A plenum 33 is provided below the absorber tube 31 to store helium gas generated when B and C stay in the reactor. The density of B4C powder is about 70% of the theoretical density.

このように構成した制御棒を原子炉で使用すると、B、
C中に約15%含まれる10B力(中性子照射により4
 H6と? Liに分裂し、B、C中の10 B濃度が
徐々に減少し、それに伴なって制御棒価値力;低下する
。第3図にtoHの燃焼度に対する相対%IIJ御棒価
値低下を示す。通常制御棒価値力;約10%低下すると
、その制御棒は核的観点i−ら寿命であるとされる。
When a control rod configured in this way is used in a nuclear reactor, B,
10B force contained in about 15% in C (4
With H6? It splits into Li, and the 10 B concentration in B and C gradually decreases, and the control rod value also decreases accordingly. Figure 3 shows the relative % IIJ rod value decline with respect to the burn-up of toH. Normally, when control rod power decreases by about 10%, the control rod is considered to have reached the end of its lifespan from a nuclear standpoint.

制御棒の使用寿命を決める要因として、上記以外に次の
要因が考えられる。上記の制御棒を長期間原子炉で使用
すると、B、C粉末は集密化し、次第にアブソーバ管内
面形状に合致した形のペレット状焼結体を形成していく
。ペレット状焼結体の形成過程は、もつとも大きな中性
子束に照射される制御棒要素の上部先端付近においても
つとも早く進行する。IOHの燃焼に伴なってB、Cは
スウェリングを起すが、スウェリング率はペレット状焼
結体形成後とくに大きくなる。第3図にB、Cの体積膨
張率とIOBの燃焼度の関係を示す。B、Cのスウェリ
ングはアプソーノ(管にとっては好ましいものではない
。B、Cのスウェリングの一部は、アブソーバ管内の空
隙により吸収される。しかしながら、制御棒をさらに長
期間原子炉内に滞在させるとアブソーバ管内の空隙が埋
め尽された後は、アブソーバ管内にとじ込められたB、
Cのスウェリングによりアブソーバ管を内側から拡管し
ようとする圧力が発生し、アブソーバ管に歪が発生する
可能性が生じる。
In addition to the above, the following factors can be considered as factors that determine the service life of control rods. When the above-mentioned control rod is used in a nuclear reactor for a long period of time, the B and C powders become concentrated and gradually form a pellet-like sintered body having a shape that matches the inner surface shape of the absorber tube. The process of forming pellet-like sintered bodies proceeds most rapidly near the upper tip of the control rod element, which is irradiated with a large neutron flux. As IOH burns, B and C undergo swelling, and the swelling rate becomes particularly large after the pellet-like sintered body is formed. Figure 3 shows the relationship between the volumetric expansion coefficients of B and C and the burnup of IOB. The swelling of B and C is not favorable for the apsono tube. Part of the swelling of B and C is absorbed by the voids in the absorber tube. However, if the control rod remains in the reactor for a longer period of time, After the void inside the absorber pipe is filled, B, which is trapped inside the absorber pipe,
Due to the swelling of C, pressure is generated that tries to expand the absorber pipe from the inside, and there is a possibility that distortion will occur in the absorber pipe.

したがって、通常は、B、Cのスウェリングによりアブ
ソーバ管に過大な歪が発生する以前に、制御棒を原子炉
から取出している。このため、制御棒使用期間は、核的
寿命の約半分となっていた。
Therefore, the control rods are usually removed from the reactor before excessive strain occurs in the absorber tube due to the swelling of B and C. For this reason, the control rod usage period was approximately half of its nuclear lifespan.

B、Cのスウェリングによるアブソーノ(管の過大な歪
発生を防止する手段として、特願昭54−110380
 号に、制御棒要素の軸方向の一部のB、C粉末内に中
空管を設け、B4C粉末のスウェリングを中空管の圧潰
により吸収することが述べられている。しかし、中空管
を設けてもB、C粉末のスウェリングの防止には殆んど
役立たず、また、B4C焼結体が形成された直後からア
ブソーバ管に大きな圧力が作用するのを防止することは
できない。さらに、B、C粉末内部の中空管の圧潰には
極めて大きなり4Cの圧力を必要とするため完全な圧潰
が生じる可能性は小さいと考えられる。したがって、中
空管のみを設ける手段では、アブソーバ管の機械的寿命
延長の効果は小さく、大幅な寿命延長は期待できない。
Absono due to swelling of B and C (as a means to prevent excessive distortion of the pipe, patent application No. 110380/1989)
No. 1, it is stated that a hollow tube is provided within the B and C powders in a part of the control rod element in the axial direction, and the swelling of the B4C powder is absorbed by the crushing of the hollow tube. However, providing a hollow tube does little to prevent swelling of the B and C powders, and also prevents large pressure from acting on the absorber tube immediately after the B4C sintered body is formed. It is not possible. Furthermore, since the crushing of the hollow tubes inside the B and C powders requires an extremely large pressure of 4C, it is thought that the possibility of complete crushing occurring is small. Therefore, by providing only a hollow tube, the effect of extending the mechanical life of the absorber tube is small, and a significant extension of the life can not be expected.

本発明の目的は、B4Cにスウェリングが発生してもア
ブソーバ管に過大な歪を発生させることなく、制御棒を
その核的寿命に到達するまで原子炉内で使用しつる制御
棒要素を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a control rod element that can be used in a nuclear reactor until the control rod reaches the end of its nuclear life without causing excessive strain in the absorber tube even if swelling occurs in B4C. It's about doing.

上記の目的を達成するため、本発明では、(1)アブソ
ーバ管の内径より小さい外径を有する円柱形状の薄肉金
属容器に84C粉末を封入し、該金属容器をアブソーバ
管に充てんする。薄肉金属容器とアブソーバ管の間には
、ギャップを設け、ギャップ幅をアブソーバ管の上部先
端に近いほど大きくなるように構成する、もしくは、(
2)外径の異なる円柱状または円筒状のB、C粉末の整
形体をアブソーバ管に、、充てんし、B4C焼結ペレッ
トとアブソーバ管の間にギャップを設け、ギャップ幅を
アブソーバ管の上部先端に近いほど大きくなるようにす
る、もしくは、(3)上記(1)と(2)の方法を組合
せる、ことにより目的を達成している。すなわち、上記
(1)の構成により、原子炉内での使用中にB、C粉末
が薄肉金属容器の内形状に合致するよう焼結整形され、
たの結果B、C焼結体とアブソーバ管の間にB、Cのス
ウェリングを吸収するための空隙が形成される。上記(
2)の構成により、B、Cの整形体とアブソーバ管の間
にB、Cのスウェリングを吸収しうる空間を最初から設
けられている。上記の如く構成した制御棒要素では、原
子炉で使用中にB4Cにスウェリングが発生しても、B
、C焼結体またはB、C整形体とアブソーバ管との間に
存在するまたは照射中に形成されるギャップによりB、
Cのスウェリングを吸収し、アブソーバ管に過大な歪を
発生することを防止でき、制御棒の核的寿命に到達する
まで制御棒を原子炉で使用することができる。
In order to achieve the above object, the present invention (1) 84C powder is sealed in a cylindrical thin metal container having an outer diameter smaller than the inner diameter of the absorber tube, and the absorber tube is filled with the metal container. A gap is provided between the thin-walled metal container and the absorber tube, and the gap width is configured to increase closer to the upper tip of the absorber tube, or (
2) Fill the absorber tube with cylindrical or cylindrical shaped bodies of B and C powders with different outer diameters, create a gap between the B4C sintered pellets and the absorber tube, and adjust the gap width to the upper tip of the absorber tube. The objective is achieved by increasing the size as it approaches , or (3) by combining methods (1) and (2) above. That is, according to the configuration (1) above, the B and C powders are sintered and shaped to match the inner shape of the thin metal container during use in the nuclear reactor,
As a result, a gap is formed between the sintered bodies B and C and the absorber tube to absorb the swelling of B and C. the above(
With the configuration 2), a space capable of absorbing the swelling of B and C is provided from the beginning between the shaped bodies B and C and the absorber tube. With the control rod element configured as described above, even if swelling occurs in B4C during use in a nuclear reactor,
, C sintered body or B, due to the gap existing between the C shaped body and the absorber tube or formed during irradiation, B,
It is possible to absorb the swelling of C and prevent excessive strain from occurring in the absorber tube, allowing the control rod to be used in a nuclear reactor until the control rod reaches its nuclear life.

また、上記(1)の方法ではB、C粉末は薄肉金属容器
の内形状に合致するよう焼結整形され、上記(2)の方
法では予め円柱形状または円筒形状のB、C整形体を形
成するため、中性子の照射によってB、C焼結整形体に
形くずれが生じる恐れがなく、制御棒要素先端近傍での
制御棒価値の低下は生じない。
In addition, in the method (1) above, the B and C powders are sintered and shaped to match the inner shape of the thin metal container, and in the method (2) above, a cylindrical or cylindrical shaped B and C body is formed in advance. Therefore, there is no fear that the B and C sintered bodies will be deformed due to neutron irradiation, and the value of the control rod will not deteriorate near the tip of the control rod element.

制御棒要素の軸方向燃焼度分布の例を第4図に示す。制
御棒要素の上部先端部の燃焼度が他の部分に比べて大き
く、先端部の局所燃焼度が使用寿命を支配している。
FIG. 4 shows an example of the axial burnup distribution of control rod elements. The burnup at the upper tip of the control rod element is larger than other parts, and the local burnup at the tip governs the service life.

以下、本発明を第5図、第6図及び第7図に示した実施
例について詳細に説明する。第5図に示した実施例にお
いては、アブソーバ管31内の上部にB、C粉末42を
封入した薄肉金属容器41を複数個封入し、その下部に
は従来と同様にB、C粉末32を直接アブソーバ管に封
入する構成としている。薄肉金属容器41Fi円柱形状
とし、たとえばステンレス鋼製とする。また薄肉金属容
器41の内空間と外空間の間に通気性を持たせるための
微小気孔を設けている。薄肉金属容器41の外径とアブ
ソーバ管内に設けられた自由体積との関係を第8図に示
す。第4図で見られるように、制御棒要素の上部先端に
近いほどB、Cの燃焼度が大きく、シたがってB、Cの
スウェリング率が大きいため、使用する薄肉金属容器の
外径は制御棒要素の上部先端に近いものほど小さくなる
ようにする。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. 5, 6, and 7. In the embodiment shown in FIG. 5, a plurality of thin metal containers 41 filled with B and C powders 42 are sealed in the upper part of the absorber tube 31, and B and C powders 32 are filled in the lower part of the container as in the conventional case. The structure is such that it is directly sealed into the absorber tube. The thin metal container 41Fi has a cylindrical shape and is made of stainless steel, for example. Further, micropores are provided between the inner space and the outer space of the thin metal container 41 to provide ventilation. FIG. 8 shows the relationship between the outer diameter of the thin metal container 41 and the free volume provided within the absorber tube. As can be seen in Figure 4, the burnup of B and C is greater as it approaches the upper tip of the control rod element, and therefore the swelling rate of B and C is greater, so the outer diameter of the thin metal container used is The closer the control rod element is to the top tip, the smaller it becomes.

その場合、金属容器の外径は、第8図に示したように、
60Bの目標燃焼度に応じたB、Cのスウェリングを吸
収しうるギャップを設けることに留意する。たとえば、
第3図に示されたように、制御棒の核的寿命まで使用し
たときのB4Cのスウェリングを金属容器41とアブソ
ーバ管31の間に設けられたギャップで吸収するには、
アブソーバ管の上端から測って少なくとも30.5cm
の長さの範囲ではアブソーバ管内径の約85%の外径を
もち、アブソーバ管内径の約80〜83%の内径をもつ
薄肉金属容器を使用し、アブソーバ管の上端から測って
少なくとも30.5cr11以上でかつ少なくとも91
.4m以下の距離の部分ではアブソーバ管内径の約89
%の外径をもち、約84〜87%の内径をもつ薄肉金属
容器を使用し、アブソーバ管の上端から測って少なくと
も91.4m以上でかつ少なくとも182.9CrrI
以下の距離の部分ではアブソーバ管内径の約94%の外
径をもち、約89〜92%の内径をもつ薄肉金属容器を
使用する。制御棒要素の下部においては、第4図に示し
たように、その上部先端近傍に比べて中性子照射量が少
ないため、従来と同様にアブソーバ管に直接B、C粉末
を封入しておいても問題はない。上記の金属容器41の
軸方向長さは、アブソーバ管の上部に封入したものでは
短尺にし、下部に位置するものほど長尺にする方が望ま
しい。なぜなら、照射によりB、Cの焼結体が形成され
る過程で、一時的に稠密化によりB、Cの体積が収縮す
る可能性があり、万一体積が一時的に縮小した場合、も
つとも中性子束が高くかつ制御棒価値を決める上で重要
である制御棒要素上部先端近傍において、B、Cの欠損
部が発生せず、B、Cが軸方向に一様に分布させておく
ことができるためである。
In that case, the outer diameter of the metal container is as shown in Figure 8.
Care should be taken to provide a gap that can absorb the swelling of B and C according to the target burnup of 60B. for example,
As shown in FIG. 3, in order to absorb the swelling of B4C when the control rod is used until its nuclear life in the gap provided between the metal container 41 and the absorber tube 31,
At least 30.5 cm measured from the top of the absorber tube
Use a thin-walled metal container with an outer diameter of about 85% of the inner diameter of the absorber tube in the length range, an inner diameter of about 80-83% of the inner diameter of the absorber tube, and a diameter of at least 30.5 cr11 measured from the top of the absorber tube. or more and at least 91
.. Approximately 89 mm of the absorber pipe inner diameter for distances of 4 m or less
% outer diameter and an inner diameter of about 84-87%, at least 91.4 m measured from the top of the absorber tube and at least 182.9 CrrI.
The following distances use a thin metal container having an outer diameter of about 94% and an inner diameter of about 89 to 92% of the inner diameter of the absorber tube. As shown in Figure 4, the amount of neutron irradiation at the lower part of the control rod element is lower than that near the upper tip, so even if B and C powders are directly sealed in the absorber tube as in the past, No problem. As for the axial length of the metal container 41, it is preferable that the metal container 41 enclosed in the upper part of the absorber tube has a short length, and the metal container 41 located in the lower part has a longer length. This is because in the process of forming a sintered body of B and C by irradiation, the volume of B and C may temporarily shrink due to densification, and if the volume shrinks temporarily, neutrons Near the top tip of the control rod element, where the bundle is high and is important in determining the value of the control rod, there is no loss of B and C, and B and C can be distributed uniformly in the axial direction. It's for a reason.

第6図に示した実施例においては、外径の異なる円柱形
状または円筒形状のB、C粉末の整形体43をアブソー
バ管31に封入する。B、C整形体の外径は、アブソー
バ管の上部に位置するものほど小さくシ、下部に位置す
るものほど大きくする。
In the embodiment shown in FIG. 6, shaped bodies 43 of B and C powders having cylindrical or cylindrical shapes having different outer diameters are enclosed in the absorber tube 31. The outer diameters of the shaped bodies B and C are made smaller as they are located in the upper part of the absorber tube, and larger as they are located in the lower part.

但し、B4C整形体の外径は、′。Bの目標燃焼度に対
応したB4Cのスウェリングを吸収しうるギャプを設け
るように決定する。B4C整形体の外径とアブソーバ管
内の自由体積の関係を第9図に示す。
However, the outer diameter of the B4C shaped body is '. It is determined to provide a gap that can absorb the swelling of B4C corresponding to the target burnup of B. FIG. 9 shows the relationship between the outer diameter of the B4C shaped body and the free volume within the absorber tube.

たとえば、アブソーバ管上端から測って少なくとも30
.5cr11の長さの範囲ではB、C整形体の外径をア
ブソーバ管内径の約84%とし、アブソーバ管の上端か
ら少なくとも30.5crr1以上で、かつ少なくとも
91.4crn以下の距離の部分ではB4C整形体の外
径をアブソーバ管内径の約88%とし、アブソーバ管の
上端から少なくとも91.4ar1以上で、かつ少なく
とも182.91M1以下の距離の部分ではB、C整形
体の外径をアブソーバ管内径の約93.5%とする。こ
のように構成することにより、制御棒要素の上端辺・傍
のIOBの局所燃焼度が約85%に達するまで、・即ち
、核的寿命に達するまで制御棒要素を原子炉で使用して
も、初期に設けたギャップによ、9 B、Cのスウェリ
ングを十分に吸収することができる。なお、B4C粉末
の整形体は、B、C粉末に例えばグラファイトを混ぜ合
せ高温下で焼結させることにより製作される。このよう
に製作したB、C整形体は、原子炉での使用時の温度に
おいては形くずれが生じず、もとの形状を保持すること
ができる。
For example, at least 30 mm measured from the top of the absorber tube.
.. In the length range of 5cr11, the outer diameter of the B and C shaped bodies is approximately 84% of the inner diameter of the absorber pipe, and the B4C shaped body is used at a distance of at least 30.5crr1 or more and at least 91.4crn or less from the upper end of the absorber pipe. The outer diameter of the body is approximately 88% of the inner diameter of the absorber pipe, and the outer diameter of the shaped body B and C is equal to the inner diameter of the absorber pipe at a distance of at least 91.4 ar1 and at least 182.91 m1 from the upper end of the absorber pipe. Approximately 93.5%. With this configuration, even if the control rod element is used in a nuclear reactor until the local burnup of the IOB near the upper end of the control rod element reaches about 85%, that is, until the nuclear lifetime is reached. , the swelling of 9 B and C can be sufficiently absorbed by the gap provided at the initial stage. Note that the shaped body of B4C powder is manufactured by mixing, for example, graphite with B and C powders and sintering the mixture at high temperature. The shaped bodies B and C manufactured in this way do not lose their shape at the temperature during use in a nuclear reactor and can maintain their original shape.

第7図に示した実施例は、第4図あるいは第5図に示し
た実施例を改良したものである。第4図及び第5図に示
した実施例では、アプソーノく管の下部には直接B、C
粉末を封入するよう構成していた。第6図の実施例では
、アブソーバ管に直接B、C粉末を封入した部位に金属
製の薄肉中空管51を設置し、その上部にB、C焼結ペ
レットを支えるための金属製受板52を取付けている。
The embodiment shown in FIG. 7 is an improvement on the embodiment shown in FIG. 4 or 5. In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the lower part of the apson tube is directly connected to B and C.
It was configured to enclose powder. In the embodiment shown in FIG. 6, a thin metal hollow tube 51 is installed in the part where the B and C powders are directly sealed in the absorber tube, and a metal receiving plate is placed above the tube to support the B and C sintered pellets. 52 is installed.

薄肉中空管51及び受板52はたとえばステンレス鋼製
とし、その上部に封入したB、C整形体43もしくはB
、C粉末を封入した金属容器41を十分支えることがで
きる程度の強度を有し、かつできる限り薄肉にしておく
。このように構成することにより、制御棒要素を原子炉
で使用した場合、万一下部に封入したB4C粉末の体積
が一時的に縮小しても、その上部に封入されたB4C整
形体もしくはB4C粉末封入金属容器が下方向に移動す
ることが防止できる。さら鈍、下部に封入したB、Cが
アブソーバ管31と薄肉中空管51により決められた形
状に焼結され、その後B4Cのスウェリングが増加して
も、薄肉中空管51の圧潰によりB、 Cのスウェリン
グを吸収することができ、アブソーバ管に過大な歪が発
生するのを防止するという効果が期待される。
The thin-walled hollow tube 51 and the receiving plate 52 are made of stainless steel, for example, and the B, C shaped body 43 or B
, has enough strength to sufficiently support the metal container 41 containing the C powder, and is made as thin as possible. With this configuration, when the control rod element is used in a nuclear reactor, even if the volume of the B4C powder sealed in the lower part is temporarily reduced, the B4C shaped body or B4C powder sealed in the upper part It is possible to prevent the powder-filled metal container from moving downward. Even if B and C sealed in the lower part are sintered into the shape determined by the absorber tube 31 and the thin-walled hollow tube 51, and the swelling of B4C increases thereafter, the collapse of the thin-walled hollow tube 51 causes the B , C swelling can be absorbed and is expected to have the effect of preventing excessive strain from occurring in the absorber pipe.

なお、上記の第5図、第6図及び第7図に示した実施例
において、原子炉で使用中にB、C内で発生す゛る熱を
除去する必要があるが、アブソーバ管と金属容器41も
しくはB、C整形体43の間のギャップ幅が大きいほど
熱伝達率は低下し、B、Cの温度が上昇する。しかし逐
がら、制御棒要素内にあらかじめヘリウム1気圧を封入
しておけば、ギャップ幅を設けたことによるB、C温度
の上昇は最大で高々20〜30C程度である。
In the embodiments shown in FIGS. 5, 6, and 7, it is necessary to remove the heat generated in B and C during use in a nuclear reactor, but the absorber tube and metal container 41 Alternatively, the larger the gap width between the B and C shaped bodies 43, the lower the heat transfer coefficient and the higher the temperatures of B and C. However, if the control rod elements are filled with 1 atm of helium in advance, the increase in B and C temperatures due to the provision of the gap width is at most about 20 to 30C.

制御棒要素の上部においてB、Cの外径が従来より約7
〜15%小さくなったことにより制御棒価値が減少する
可能性がある。しかしながら、B、Cの整形体の密度を
理論密度の約85%以上にすれば、10Bの個数密度は
従来のものに比べて増加しており、長期間の使用中に生
じる制御棒価値低下の割合は従来のものより小さくする
ことができ、全使用期間にわたって制御棒価値の変動を
小さく抑えることができる。
The outer diameter of B and C at the upper part of the control rod element is approximately 7
~15% smaller size may reduce control rod value. However, if the density of the shaped bodies B and C is increased to about 85% or more of the theoretical density, the number density of 10B will increase compared to the conventional one, which will reduce the value of control rods that occur during long-term use. The ratio can be made smaller than in the past, resulting in less variation in control rod value over the life of the rod.

第5図に示した実施例において長期間の使用中に生じる
制御棒価値低下の割合を小さくするには、外径の小さい
金属容器41に封入したB、Cのホウ素の組成比を変更
し、従来用いられているものより約15%以上10 B
濃度を高くする。こうすることにより、長期間の使用中
に生じる制御棒価値低下の割合を従来の制御棒と同程度
またはより小さくすることができる。
In the embodiment shown in FIG. 5, in order to reduce the rate of deterioration in the value of the control rod that occurs during long-term use, the composition ratio of boron B and C sealed in a metal container 41 with a small outer diameter is changed, Approximately 15% more than conventionally used 10B
Increase concentration. By doing so, the rate of deterioration in control rod value that occurs during long-term use can be reduced to the same level or lower than that of conventional control rods.

以上説明したように、本発明によれば、制御棒を原子炉
で核的寿命に到達するまで長期間使用しても、アブソー
バ管に過大な歪が発生することなく、かつ制御棒の使用
寿命を最大限に延長することができ、安全上及び経済上
の改善効果は大きい。
As explained above, according to the present invention, even if control rods are used in a nuclear reactor for a long period of time until they reach their nuclear lifespan, excessive strain does not occur in the absorber tubes, and the control rods have a long service life. can be extended to the maximum extent possible, resulting in significant improvements in terms of safety and economy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は沸・騰水型原子炉の燃料集合体及び制御棒ブレ
ードの水平断面図、第2図は′制御棒要素の縦断面図、
第3図は制御棒価値及びB 4 C体積膨張率と10 
Bの燃焼度との関係図、第4図は制御棒要素の軸方向位
置と燃焼度の何区、第5図、6図、7゛図は本発明の制
御棒要素の縦断面図、第8図は薄肉金属容器外径とアブ
ソーバ管内の自由体積の関弐図、第9図はB、C整形体
の外径とアブソーバ管内の自由体積の関係図である。 1・・・燃料集合体、2・・・制御棒プレ、−ド、3・
・・制御棒要素、31・・・アブソーバ管、32,42
・・・B、C粉末、33・・・プレナム、41・・・薄
肉金属容器、43・・・B4C整形体、51・・・薄肉
円筒管、52・・・金ター【 ノ til −一=J =====) 第2121 % 3 図 IOδn Aら tfr オτタスL崖  (×)第 
4 図 ’l115if
Figure 1 is a horizontal sectional view of the fuel assembly and control rod blades of a boiling water reactor, and Figure 2 is a longitudinal sectional view of control rod elements.
Figure 3 shows control rod value, B 4 C volumetric expansion coefficient, and 10
FIG. 4 shows the axial position of the control rod element and the burnup range; FIGS. 5, 6, and 7 are longitudinal sectional views of the control rod element of the present invention; FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the outer diameter of the thin-walled metal container and the free volume inside the absorber pipe, and FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the outside diameter of the shaped bodies B and C and the free volume inside the absorber pipe. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Fuel assembly, 2... Control rod pre, -d, 3...
... Control rod element, 31 ... Absorber pipe, 32, 42
... B, C powder, 33 ... plenum, 41 ... thin-walled metal container, 43 ... B4C shaped body, 51 ... thin-walled cylindrical tube, 52 ... metal tar [ノ til -1= J =====) 2121st % 3 Figure IOδn A et al. tfr Oτtas L cliff (×)th
4 Figure'l115if

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ■、中性子吸収物質としてB、Cを金属製被覆管に密封
して成る原子炉用制御棒要素において、B4C粉末を外
径及び高さが異なりかつ内側気量と外側空間の間に通気
孔を設けた円柱形状の薄肉金属容器に封入し、制御棒被
覆管内の軸方向の・一部処その一端から他端に向ってB
、Cを封入した該薄肉金属容器をその外径及び高さが小
さいものから大きいものの順に配列するよう封入し、制
御棒被覆管内の軸方向の他の部分にB、C粉末を直接封
入したことを特徴とする原子炉用制御棒要素。 2、特許請求の範囲第1項に記載した原子炉用制御棒要
素において、B、Cを封入した薄肉金属容器の代りに、
予め外径及び高さの異なる円柱形状または円筒形状に整
形し形くずれしないB、C粉末の整形体を制御棒被覆管
の一端側から他端に向つ七その外径及び高さが小さいも
のから大きいものの順に配列するよう封入したことを特
徴とする原子炉制御棒要素。 3、特許請求の範囲第1項または第2項に記載した原子
炉用制御棒要素において、B4C粉末を薄肉金属容器を
介せず制御棒被覆管に直接封入した軸方向位置に、一端
に円板状金属板を取付けた薄肉中空円筒状の金属管を配
置し、B4C粉末を封入した薄肉金属容器またはB、C
粉末の整形体を支持できる構造としたことを特徴とする
原子炉制御棒要素。 4、特許請求の範囲第1項、第2項または第3項に記載
した原子炉用制御棒要素において、B、Cのホウ素の組
成を、B4C粉末を封入した薄肉金属容器の内径または
B、C粉末の整形体のホウ素の10B濃度を84C粉末
のホウ素の10B濃度より大きくしたことを特徴とする
原子炉用制御棒要素。 5、特許請求の範囲第1項、第3項または第4項に゛記
載した原子炉用制御棒要素において、該薄肉金属容器の
外径を、制御棒要素上部先端から測って少なくとも30
.5cm以下の距離の位置ではアブソーバ誉内径の約8
5%とし、少なくとも30.5m以上で、かつ91.4
cry+以下の距離の位置ではアブソーバ管内径の約8
9%とし、少なくとも91.4備以上でかつ182.9
cm以下の距離の位置ではアブソーバ管内径の約94%
としたことを特徴とする原子炉用制御棒要素。 6、特許請求の範囲第2項、第3項または第4項に記載
した原子炉用制御棒要素において、該B、C粉末の整形
体の外径を、制御棒要素上部先端から測って少なくとも
30.5crr1以下の距離の位置ではアブソーバ管内
径の約84%とし、少なくとも30.5crr1以上で
、かつ91.4m以下の距離の位置ではアブソーバ管内
径の約88%とし、少なくとも91.4cIn以上で1
82.9crn以下の距離の位置ではアブソーバ管内径
の約93.5%としたことを特徴とする原子炉用制御棒
要素。 7、特許請求の範囲第1項、第3項、第4項または第5
項に記載した原子炉用制御棒要素において、該薄肉金属
容器の高さを制御棒要素上部先端はど小さくしたことを
特徴とする原子炉用制御棒要素。
[Scope of Claims] (1) A control rod element for a nuclear reactor comprising B and C as neutron absorbing substances sealed in a metal cladding tube, in which B4C powder has different outer diameters and heights, and an inner air volume and an outer space. The control rod is sealed in a cylindrical thin-walled metal container with a ventilation hole in between, and B
, C were sealed in the thin-walled metal containers so that their outer diameters and heights were arranged in order from small to large, and B and C powders were directly sealed in other parts of the control rod cladding tube in the axial direction. A control rod element for a nuclear reactor featuring: 2. In the nuclear reactor control rod element described in claim 1, instead of the thin metal container in which B and C are sealed,
Formed bodies of B and C powders that have been previously shaped into cylindrical or cylindrical shapes with different outer diameters and heights and do not lose their shape are shaped from one end of the control rod cladding tube to the other. A nuclear reactor control rod element characterized in that the elements are enclosed so as to be arranged in order from largest to largest. 3. In the control rod element for a nuclear reactor as set forth in claim 1 or 2, a circle is formed at one end in the axial position where B4C powder is directly sealed in the control rod cladding tube without passing through a thin metal container. A thin-walled metal container or B, C in which a thin-walled hollow cylindrical metal tube with a plate-shaped metal plate attached is arranged and B4C powder is enclosed.
A nuclear reactor control rod element characterized by having a structure capable of supporting a shaped powder body. 4. In the control rod element for a nuclear reactor according to claim 1, 2 or 3, the boron composition of B and C is determined by the inner diameter of a thin metal container containing B4C powder or B, A control rod element for a nuclear reactor, characterized in that the 10B concentration of boron in the shaped body of C powder is higher than the 10B concentration of boron in 84C powder. 5. In the control rod element for a nuclear reactor according to claim 1, 3 or 4, the outer diameter of the thin metal container is at least 30 mm as measured from the upper tip of the control rod element.
.. At a distance of 5 cm or less, approximately 8 of the inner diameter of the absorber
5%, at least 30.5m or more, and 91.4
At a distance below cry+, the inner diameter of the absorber pipe is approximately 8
9%, with at least 91.4 and 182.9
Approximately 94% of the absorber pipe inner diameter at a distance of less than cm
A control rod element for a nuclear reactor, characterized by: 6. In the control rod element for a nuclear reactor as set forth in claim 2, 3, or 4, the outer diameter of the shaped body of B, C powder is at least equal to At a position at a distance of 30.5 crr1 or less, it is approximately 84% of the absorber pipe inner diameter, and at a position at least 30.5 crr1 or more and a distance of 91.4 m or less, it is approximately 88% of the absorber pipe inner diameter, and at least 91.4 cIn or more. 1
A control rod element for a nuclear reactor, characterized in that the inner diameter of the absorber tube is about 93.5% at a position at a distance of 82.9 crn or less. 7. Claims 1, 3, 4 or 5
2. The control rod element for a nuclear reactor according to item 1, wherein the height of the thin-walled metal container is made smaller at the upper tip of the control rod element.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6277189U (en) * 1985-10-30 1987-05-18
JPS62103584U (en) * 1985-12-19 1987-07-01
JPH0213888A (en) * 1988-04-19 1990-01-18 General Electric Co (Ge) Controller for nuclear reactor capsulated with neutron absorbing substance
JP2013170863A (en) * 2012-02-20 2013-09-02 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Control rod

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